(57)【要約】【課題】半導体基板上における原料ガスの上流側の濃度と下流側の濃度との差を縮小できるサセプタを提供する。【解決手段】サセプタ１３は主面３１を有しており、この主面３１は複数の第１のエリア３１ａおよび第２のエリア３１ｂとを有する。また、サセプタ１３は、第２のエリア３１ｂに設けられた第１の開口３３と、主面３１と異なる当該サセプタ表面３５に設けられた第２の開口３７と、第１の開口３３を第２の開口３７に接続する孔３９とを備える。希釈ガスソース１９は、ライン５５を介してサセプタ１３の第２の開口３７に接続されているので、サセプタ１３上を流れる原料ガスＧＭに孔３９および第１の開口３３を介して希釈ガスＧＤを加えることができる。希釈ガスソース１９はサセプタ１３の第２の開口３７に接続されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相成長装置のためのサセプタであって、
ウエハを支持するための一または複数の第１のエリアと前記第１のエリアを囲む第２のエリアとを有する主面と、
前記第２のエリアに設けられた第１の開口と、
前記主面と異なる当該サセプタ表面に設けられた第２の開口と、
前記第１の開口を前記第２の開口に接続して該第１および第２の開口を介するガスの供給または排気を可能する孔と
を備えるサセプタ。
【請求項２】
前記第２のエリアに設けられた第３の開口を更に備え、
前記第３の開口は、該第２および第３の開口を介してガスの供給および排気を可能するために前記第２の開口に孔を介して接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載されたサセプタ。
【請求項３】
前記第２のエリアは、気相成長装置に供給される原料ガス流の上流から下流に向かう軸に沿って配列された第１の部分および第２の部分を含み、
前記第１の開口は前記第１の部分に位置しており、
前記第１のエリアは前記第２の部分により囲まれている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたサセプタ。
【請求項４】
前記第１のエリアは、閉じた凸曲線に沿って配置されており、
前記第１の開口は、前記凸曲線の内側に位置している、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたサセプタ。
【請求項５】
気相成長装置のためのサセプタであって、
ウエハを支持するための一または複数の第１のエリアと前記第１のエリアを囲む第２のエリアとを有する主面と、
前記第２のエリアに設けられた第１の開口と、
前記主面と異なる当該サセプタ表面に設けられた第２の開口と、
前記第２のエリアに設けられた第３の開口と、
前記主面と異なる当該サセプタ表面に設けられた第４の開口と、
前記第１の開口を前記第２の開口に接続して該第１および第２の開口を介するガスの供給および排気の一方を可能する第１の孔と、
前記第３の開口を前記第４の開口に接続して該第３および第４の開口を介するガスの供給および排気の他方を可能する第２の孔と
を備えるサセプタ。
【請求項６】
前記第２のエリアは、気相成長装置に供給される原料ガス流の上流から下流に向かう軸に沿って配列された第１の部分および第２の部分を含み、
前記第１および第３の開口は前記第１の部分に位置しており、
前記第１のエリアは前記第２の部分により囲まれている、ことを特徴とする請求項５に記載されたサセプタ。
【請求項７】
前記第１のエリアは、閉じた凸曲線に沿って配置されており、
前記第１および第３の開口は前記凸曲線の内側に位置している、ことを特徴とする請求項５に記載されたサセプタ。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか一項に記載されたサセプタと、
前記サセプタを収容する反応管と、
成膜のための原料ガスを供給するためのガスソースと、
前記サセプタの前記第２の開口に接続された希釈ガスソースと、
前記反応管内を排気する排気ポンプユニットと
を備える気相成長装置。
【請求項９】
請求項５〜７のいずれかに記載されたサセプタと、
前記サセプタを収容する反応管と、
成膜のための原料ガスを供給するためのガスソースと、
前記反応管の排気を行うと共に前記サセプタの前記第４の開口を介して排気を行うための排気ポンプユニットと、
前記サセプタの前記第２の開口に接続された希釈ガスソースと
を備えることを特徴とする気相成長装置。
【請求項１０】
前記サセプタの前記第２の開口と前記希釈ガスソースとの間に設けられたマスフローコントローラを更に備える、ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載された気相成長装置。
【請求項１１】
前記希釈ガスソースから前記サセプタの前記第２の開口に流れる希釈ガスの温度を調整するためのヒータと、
前記希釈ガスソースから前記サセプタの前記第２の開口に流れる希釈ガスの温度をモニタするための温度モニタからの温度信号に応答して前記ヒータを制御するための制御信号を生成する制御装置と
を更に備える、ことを特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれか一項に記載された気相成長装置。
【請求項１２】
請求項１〜４のいずれか一項に記載されたサセプタと、
前記サセプタを収容する反応管と、
成膜のための原料ガスを供給するためのガスソースと、
前記反応管の排気を行うと共に前記サセプタの前記第２の開口を介して排気を行うための排気ポンプユニットと
を備えることを特徴とする気相成長装置。
【請求項１３】
前記排気ポンプユニットに前記反応管を接続する第１のラインと、
前記排気ポンプユニットに前記サセプタの前記第２の開口を接続する第２のラインと、
前記第１のラインと前記第２のラインとの間に設けられた差圧計と、
前記第１および第２のラインにそれぞれ設けられた第１および第２のバルブと
を備え、
前記第１および第２のバルブの少なくともいずれか一方は前記差圧計からの信号に応答して動作する、ことを特徴とする請求項９または請求項１２に記載された気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サセプタおよび気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されたエピタキシャル成長装置は、下部に石英窓が設けられている反応管と、この石英窓に隣接するランプ加熱装置とを備える。反応管は半導体基板を搭載するサセプタを収容しており、また反応管の上部に原料ガス供給部が設けられている。このエピタキシャル成長装置は、サセプタと石英窓との間に流入する原料ガスが石英窓と反応することを防止する反応防止手段を具備する。このエピタキシャル成長装置を用いると、基板を均一に加熱して基板温度を正確に監視し、基板温度の再現性を維持し、基板の面内温度の分布を均一にすることが可能となる。
【特許文献１】特開平１１−４５８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載されたエピタキシャル成長装置では、サセプタは、サセプタ支持部により支持されると共に、半導体基板上の温度のプロファイルおよび原料ガスの供給を均一にするように回転される。原料ガス供給部は、サセプタ上の半導体基板に形成される膜厚の分布を制御できるようにハニカム型インジェクタを用いている。ハニカム型インジェクタを用いると、複数のマスフローコントローラを用いて分流した原料ガスは、蜂の巣状に配設したテーパ状の供給管を通して半導体基板の全面に供給される。反応管内に供給された原料ガスは、半導体基板の表面に近づくにつれて拡散して、その濃度は拡散距離に応じて変化する。また、半導体基板上では原料ガス自身が消費され、半導体基板上に堆積物が生じる。残りの原料ガスおよび反応生成物は、反応管の排気口から排気される。
【０００４】
原料ガスの拡散によりそのガスの濃度は小さくなると共に、半導体基板上への堆積に応じて原料ガス自身が消費されるので、半導体基板上における原料ガスの上流側の濃度は、半導体基板上における原料ガスの下流側の濃度と異なっている。つまり、原料ガスの濃度は半導体基板の表面の位置に応じて異なる。原料ガスの濃度の分布は、半導体基板上に堆積される膜の特性の均一性を悪くする。この特性の不均一はサセプタの回転によっても補償されない。
【０００５】
求められていることは、半導体基板上に堆積される膜の特性の均一性をさらに向上させることである。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、半導体基板上に堆積される膜の特性の均一性を向上できるサセプタを提供することを目的としており、またこのサセプタを用いる気相成長装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面は、気相成長装置のためのサセプタである。サセプタは、（ａ）ウエハを支持するための一または複数の第１のエリアと前記第１のエリアを囲む第２のエリアとを有する主面と、（ｂ）前記第２のエリアに設けられた第１の開口と、（ｃ）前記主面と異なる当該サセプタ表面に設けられた第２の開口と、（ｄ）前記第１の開口を前記第２の開口に接続して該第１および第２の開口を介するガスの供給または排気を可能する孔とを備える。
【０００８】
このサセプタによれば、第２の開口、孔および第１の開口を介して希釈ガスを供給して、第１のエリア上を流れる原料ガスの濃度の勾配を調整できる。或いは、このサセプタによれば、第１のエリア上に供給される原料ガスの一部を第２の開口、孔および第１の開口を介して排気して、第１のエリア上を流れる原料ガスの濃度の勾配を調整できる。
【０００９】
本発明のサセプタでは、（ｅ）前記第２のエリアに設けられた第３の開口を更に備え、前記第３の開口は、該第２および第３の開口を介してガスの供給および排気を可能するために前記第２の開口に孔を介して接続されている。
【００１０】
このサセプタによれば、第１および第３の開口を介して希釈ガスを供給して、第１のエリア上のウエハ上を流れる原料ガスの濃度の勾配を細かく調整できる。或いは、このサセプタによれば、第１のエリア上のウエハ上に供給される原料ガスの一部を第１および第３の開口を介して排気して、ウエハ上を流れる原料ガスの濃度の勾配を細かく調整できる。
【００１１】
本発明の別の側面によれば、気相成長装置は、（ａ）上記およびこれから説明されるサセプタと、（ｂ）前記サセプタを収容する反応管と、（ｃ）成膜のための原料ガスを供給するためのガスソースと、（ｄ）前記サセプタの前記第２の開口に接続された希釈ガスソースと、（ｅ）前記反応管内を排気する排気ポンプとを備える。
【００１２】
この気相成長装置によれば、第２の開口、孔および第１の開口を介して希釈ガスを供給して、第１のエリア上を流れる原料ガスの濃度の勾配を調整できる。これ故に、堆積された膜では、原料ガスの濃度の勾配に起因する特性分布が小さい。
【００１３】
また、本発明に係る気相成長装置は、（ａ）上記およびこれから説明されるサセプタと、（ｂ）前記サセプタを収容する反応管と、（ｃ）成膜のための原料ガスを供給するためのガスソースと、（ｄ）前記反応管の排気を行うと共に前記サセプタの前記第２の開口を介して排気を行うための排気ポンプユニットとを備える。
【００１４】
この気相成長装置によれば、第１のエリア上に供給される原料ガスの一部を第２の開口、孔および第１の開口を介して排気して、ウエハ上を流れる原料ガスの濃度の勾配を調整できる。これ故に、堆積された膜では、原料ガスの濃度の勾配に起因する特性分布が小さい。
【００１５】
本発明に係るサセプタは、（ａ）ウエハを支持するための一または複数の第１のエリアと前記第１のエリアを囲む第２のエリアとを有する主面と、（ｂ）前記第２のエリアに設けられた第１の開口と、（ｃ）前記主面と異なる当該サセプタ表面に設けられた第２の開口と、（ｄ）前記第２のエリアに設けられた第３の開口と、（ｅ）前記主面と異なる当該サセプタ表面に設けられた第４の開口と、（ｆ）前記第１の開口を前記第２の開口に接続して該第１および第２の開口を介するガスの供給および排気の一方を可能する第１の孔と、（ｇ）前記第３の開口を前記第４の開口に接続して該第３および第４の開口を介するガスの供給および排気の他方を可能する第２の孔とを備える。
【００１６】
このサセプタによれば、第２の開口、孔および第１の開口を介して希釈ガスを供給して、第１のエリア上を流れる原料ガスの濃度の勾配を調整できる。この調整に加えて、このサセプタによれば、第１のエリア上のウエハ上に供給される原料ガスの一部を第１の開口、孔および第２の開口を介して排気して、ウエハ上を流れる原料ガスの濃度の勾配を調整できる。
【００１７】
また、本発明に係る気相成長装置は、（ａ）上記およびこれから説明されるサセプタと、（ｂ）前記サセプタを収容する反応管と、（ｃ）成膜のための原料ガスを供給するためのガスソースと、（ｄ）前記反応管の排気を行うと共に前記サセプタの前記第２の開口を介して排気を行うための排気ポンプユニットと、（ｅ）前記サセプタの前記第４の開口に接続された希釈ガスソースとを備える。
【００１８】
この気相成長装置によれば、第４の開口、孔および第３の開口を介して希釈ガスを供給して、第１のエリア上を流れる原料ガスの濃度の勾配を調整できる。これに加えて、第１のエリア上に供給される原料ガスの一部を第１の開口、孔および第２の開口を介して排気して、第１のエリア上を流れる原料ガスの濃度の勾配を調整できる。これ故に、堆積された膜では、原料ガスの濃度の勾配に起因する特性分布が小さい。
【００１９】
本発明に係る上記いずれかのサセプタでは、前記第１のエリアは３つ以上であり、前記第１のエリアは、閉じた凸曲線に沿って配置されており、前記第１の開口は、前記凸曲線の内側に位置していることが好ましい。
【００２０】
このサセプタによれば、希釈ガスは、凸曲線の内側に位置する第１の開口から供給され、これによって、凸曲線上に配列された第１のエリア上を流れる原料ガスの濃度の勾配を調整できる。或いは、第１のエリアに供給される原料ガスの一部は、凸曲線の内側に位置する第１の開口を介して排気されて、これによって、凸曲線上に配列された第１のエリア上を流れる原料ガスの濃度の勾配を調整できる。
【００２１】
本発明に係る上記いずれかのサセプタでは、前記第２のエリアは、原料ガス流の上流から下流に向かう軸に沿って配列された第１の部分および第２の部分を含み、前記第１の開口は前記第１の部分に位置しており、前記第１のエリアは前記第２の部分により囲まれていることが好ましい。
【００２２】
このサセプタによれば、希釈ガスは、第１の部分に位置する第１の開口から供給され、これによって、第２の部分により囲まれる第１のエリア上を流れる原料ガスの濃度の勾配を調整できる。或いは、第１のエリアに供給される原料ガスの一部は、第２の部分に位置する第１の開口を介して排気されて、これによって、第２の部分に囲まれる第１のエリア上を流れる原料ガスの濃度の勾配を調整できる。
【００２３】
本発明に係る気相成長装置は、前記サセプタの前記第２の開口と前記希釈ガスソースとの間に設けられたマスフローコントローラを更に備えることができる。
【００２４】
この気相成長装置によれば、マスフローコントローラを用いて希釈ガスの供給量を制御して、原料ガスの濃度の勾配を変えることができる。
【００２５】
本発明に係る気相成長装置は、前記希釈ガスソースから前記サセプタの前記第２の開口に流れる希釈ガスの温度を調整するためのヒータと、前記希釈ガスソースから前記サセプタの前記第２の開口に流れる希釈ガスの温をモニタするための温度モニタからの温度信号に応答して前記ヒータを制御するための制御信号を生成する制御装置とを更に備えることができる。
【００２６】
この気相成長装置によれば、希釈ガスの温度を制御すれば、供給された希釈ガスの温度と原料ガスの温度との差に起因する特性分布が小さい膜を堆積できる。
【００２７】
本発明に係る気相成長装置は、前記排気ポンプユニットに前記反応管を接続する第１のラインと、前記排気ポンプユニットに前記サセプタの前記第２の開口を接続する第２のラインと、前記第１のラインと前記第２のラインとの間に設けられた差圧計と、前記第１および第２のラインにそれぞれ設けられた第１および第２のバルブとを備え、前記第１および第２のバルブの少なくともいずれか一方は前記差圧計からの信号に応答して動作することが好ましい。
【００２８】
この気相成長装置によれば、差圧計が示す差圧に応じて第１および第２のバルブの少なくともいずれか一方が調整されて、第１のエリア上を流れる原料ガスの濃度の勾配が変わる。
【００２９】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、半導体基板上に堆積される膜の特性の均一性を向上できるサセプタが提供される。また、本発明の別の側面によれば、このサセプタを用いる気相成長装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のサセプタ、気相成長装置およびIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法に係る実施の形態を説明する。引き続く説明では、気相成長装置として、有機金属気相成長装置を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００３２】
図１は、第１の実施の形態に係る有機金属気相成長装置を示す図面である。有機金属気相成長装置１１ａは、サセプタ１３と、反応管１５と、ガスソース１７と、希釈ガスソース１９と、排気ポンプユニット２１とを備える。反応管１５は、サセプタ１３を収容する。ガスソース１７は、成膜のための原料ガスＧＭを供給する。排気ポンプユニット２１は、反応管１５に接続されている。希釈ガスソース１９は、原料ガスＧＭの濃度を調整するための希釈ガスＧＤを供給する。
【００３３】
図２（Ａ）はサセプタを示す図面であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のI−I断面線に沿って取られたサセプタを示す図面である。サセプタ１３は主面３１を有しており、この主面３１は複数の第１のエリア３１ａおよび第２のエリア３１ｂとを有する。また、サセプタ１３は、第２のエリア３１ｂに設けられた第１の開口３３と、主面３１と異なる当該サセプタ表面３５に設けられた第２の開口３７と、第１の開口３３を第２の開口３７に接続する孔３９とを備える。図１に示されるように、希釈ガスソース１９は、ライン５５ａおよびバルブ５５ｂを介してサセプタ１３の第２の開口３７に接続されているので、サセプタ１３上を流れる原料ガスＧＭに孔３９および第１の開口３３を介して希釈ガスＧＤを加えることができる。
【００３４】
このサセプタ１３によれば、第２の開口３７、孔３９および第１の開口３３を介して希釈ガスＧＤを供給して、第１のエリア３１ａ上を流れる原料ガスＧＭの濃度の勾配を成膜中に調整できる。
【００３５】
図１を参照すると、有機金属気相成長装置１１ａは、サセプタ１３の下側に設けられた加熱装置４１を備える。原料ガスソース１７は、III族元素を供給するためのIII族有機金属物質源１７ａと、Ｖ族元素を供給するためのＶ族有機金属物質源１７ｂとを含む。原料ガスソース１７は、原料ガスの供給ライン４３ａ、４３ｂおよびマスフローコントローラ４５ａ、４５ｂを介して反応管１５の一端１５ａに接続されている。有機金属気相成長装置１１ａは、また、ウエハＷ上の温度のプロファイルおよび原料ガスの供給を平均化にするようにサセプタ１３を回転する機構４７を含む。反応管１５の反応領域１５ｂ内に供給された原料ガスＧＭは、反応管１５の一端１５ａから離れるにつれて拡散して、その濃度は拡散距離に応じて変化する。また、ウエハＷ上では原料ガス自身が消費されてウエハＷ上に堆積物が生じる。残りの原料ガスおよび反応生成物は、反応管１５の他端１５ｃに接続されたトラップ４９を介して排気ポンプユニット２１に至る。
【００３６】
希釈ガスによる濃度の調整について説明する。図３（Ａ）は、本実施の形態に係るサセプタを用いる有機金属気相成長装置における原料ガスおよび希釈ガスの濃度分布を示す図面である。図３（Ａ）において、濃度曲線Ｃ１は、反応管内のサセプタ上における原料ガスの濃度プロファイルを示しており、濃度曲線Ｃ２は希釈ガスの濃度プロファイルを示しており、濃度曲線Ｃ３は、希釈ガスにより希釈された原料ガスの濃度プロファイルを示す。横軸上のシンボルＷはウエハの位置を示し、シンボルＳは希釈ガスを供給する開口３３の位置を示す。この開口３３から希釈ガスを供給することにより、原料ガスの濃度プロファイルの変化が、ウエハＷ上において非常に小さくなり、本実施例ではほぼ一定になっている。図３（Ｂ）は、サセプタを介して希釈ガスを供給しない成膜装置における原料ガスの濃度プロファイルを示している。図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）に示された成膜装置において中心軸Ａｘの回りのウエハの回転により平均化された濃度プロファイルを示す。図３（Ｃ）によれば、回転による平均化によっては原料ガスの濃度分布は補償されないことが理解される。一方、希釈された原料ガスの濃度分布（濃度曲線Ｃ３）は、上記の平均化濃度プロファイルに比べて小さい。
【００３７】
以上説明したように、この有機金属気相成長装置１１ａによれば、サセプタ１３の第２の開口３７、孔３９および第１の開口３３を介して希釈ガスＧＤを供給して、サセプタ１３の第１のエリア３１ａ上を流れる原料ガスＧＭの濃度の勾配を調整できる。これ故に、ウエハＷ上に堆積された膜では、原料ガスＧＭの濃度の勾配に起因する特性分布が小さい。
【００３８】
発明者による実験によれば、サセプタ上を流れる原料ガスの温度分布は、エピタキシャル成長させる結晶の組成やドーピング種に依存して異なっている。追加する希釈ガスＧＤの流量、温度などを変えることによって、サセプタ上を流れる原料ガスの温度分布を調節できる。追加する希釈ガスＧＤの流量、温度は、実験により得られる。一回の成膜で複数の層（例えばＭＱＷの活性層、またはドーピング種の異なる複数の層）を成長するような場合では、この方法が有利である。
【００３９】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、それぞれ、第１の実施の形態の有機金属気相成長装置の変形例を示す図面である。図４（Ａ）を参照すると、有機金属気相成長装置１１ｂでは、希釈ガスソース１９は、ライン５５ａを介してサセプタ１３の第２の開口３７に接続されている。ライン５５ａには、マスフローコントローラが設けられている。この有機金属気相成長装置１１ｂによれば、マスフローコントローラ５７を用いて希釈ガスＧＤの供給量を制御できる。
【００４０】
図４（Ｂ）を参照すると、有機金属気相成長装置１１ｃでは、希釈ガスソース１９は、ライン５５ａを介してサセプタ１３の第２の開口３７に接続されている。ライン５５ａにはヒータ５９が設けられている。ヒータ５９は、サセプタ１３の第２の開口３７を通して流れる希釈ガスＧＤの温度を調整するために利用される。ヒータ５９は、温度モニタ６１からのモニタ信号ＶＭＯＮに応答して制御信号ＶＣＯＮＴを生成する制御装置６３に接続されている。温度モニタ６１は、サセプタの近傍に位置しており、ヒータ５９と第２の開口３７との間のライン上に設けられている。この有機金属気相成長装置１１ｃは、希釈ガスＧＤの温度を制御により、希釈ガスＧＤの温度と原料ガスＧＭとの温度差△Ｔに起因する特性分布が小さい膜を堆積できる。
【００４１】
発明者の実験によれば、ウエハの端の温度がウエハの中央の温度より高いことがわかっている。温度によってガスの分解速度（レート）が変わり、また分解速度の勾配がガス種によって異なるので、ウエハの位置に依存して、堆積された半導体の組成が異なる。一実験例では、直径２インチのウエハを用いた場合に、ウエハの中央部と端とのＰＬ波長の差は１０ｎｍ程度であり、ウエハの中央部と端との間の歪量子井戸歪の変化量も１０％程度ある。この波長と歪みの測定値を用いて、４元の組成、それから推定される温度の差を見積もり、この差を補正するための必要な希釈ガス流量を見積もることができる。
【００４２】
また、希釈ガスの温度を原料ガスの温度より少し低くして、ガスの分解速度（レート）を下げて中央部の温度に近づけて、さらにこれによる希釈で中央部と端のガス成分濃度を合わせることができると考えている。一例を示せば、これの希釈流量は、多くても原料ガスの総流量の５％程度と見積もられる。
【００４３】
希釈ガスを使う場合は、希釈ガスの流量だけで補正する場合、構成元素それぞれの原料ガスが一様に希釈されるので、原料ガスの比（ＧａＩｎＡｓＰなら４つの原料ガスの比）は実質的に変わらない。希釈ガスの温度を変更することによって、原料ガスの分解速度に差を設けることができる。そのために希釈ガスの温度を制御する機構（例えば、温度を下げる機構）は用いられる。
【００４４】
（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態に係る有機金属気相成長装置を示す図面である。図６（Ａ）はサセプタを示す図面であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のII−II断面線に沿って取られたサセプタを示す図面である。有機金属気相成長装置１１ｄでは、サセプタ１３の第２の開口３７は、希釈ガスソース１９に接続されるのではなく、ライン５３を介して排気ポンプユニット２１に接続されている。サセプタ１３では、第１のエリアの手前で原料ガスＧＭの一部を排気できる。
【００４５】
このサセプタ１３によれば、第１のエリア３１ａ上に供給される原料ガスＧＭの一部を第１の開口３３、孔３９および第２の開口３７を介して排気して、ウエハ上を流れる原料ガスＧＭの濃度の勾配を調整できる。図３（Ａ）を参照しながら、希釈ガスの追加により原料ガスの濃度分布が平坦になることを説明したが、これと同様に、排気による調整手法は、ある程度反応管１５内で原料ガスＧＭが拡散した後にこの原料ガスＧＭの一部△ＧＭを第１の開口３３から排気することによっても原料ガスの濃度プロファイルを変化させることできることから理解される。
【００４６】
なお、排気ポンプユニット２１は、反応管１３からの残余ガスを排気するための排気ポンプに加えて、原料ガスの一部△ＧＭの排気のために専用の排気ポンプを含むことができる。
【００４７】
以上説明したように、この有機金属気相成長装置１１ｄによれば、サセプタ１３の開口３３を介して原料ガスの一部△ＧＭを成膜中に排気して、第１のエリア３１ａ上を流れる原料ガスＧＭの濃度の勾配を調整できる。これ故に、ウエハＷ上に堆積された膜では、原料ガスＧＭの濃度の勾配に起因する特性分布が小さい。
【００４８】
図７は、第２の実施の形態に係る有機金属気相成長装置の変形例を示す図面である。有機金属気相成長装置１１ｅでは、サセプタ１３の第２の開口３７は、排気ポンプユニット２１にライン６７を介して接続されている。ライン６７上には、バルブ６９が設けられている。反応管１５は、排気ポンプユニット２１にトラップ４７およびライン７１を介して接続されている。ライン７１上には、バルブ７３が設けられている。差圧計７５は、ライン６７とライン７１との間に接続されており、ライン６７とライン７１との圧力差をモニタする。バルブ６９、７３の少なくともいずれかは、差圧計７５からの信号に応答して動作する。この有機金属気相成長装置１１ｅによれば、サセプタ１３の開口３３、３７を介して排気する原料ガスの量を差圧計７５が示す差圧△Ｐに応じて調整できる。
【００４９】
図２（Ａ）および図６（Ａ）に示されたサセプタ１３の第１の開口３３は、原料ガスＧＭの流れの上流から下流に向かう軸に交差する方向に伸びている。第１の開口３３の形状は、これに限定されるものではない。図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、それぞれ、第１および第２の実施の形態のためのサセプタの変形例を示す図面である。
【００５０】
図８（Ａ）に示されるように、サセプタ１３ａでは、第２のエリア３１ｂは、原料ガス流の上流から下流に向かう第１の軸に沿って配列された第１の部分３１ｃおよび第２の部分３１ｄを含む。第１の開口３３は、第１の部分３１ｃに位置しており、第１のエリア３１ａは第２の部分３１ｄにより囲まれている。
【００５１】
このサセプタは横型炉に好適である。希釈ガスＧＤは、第１の部分３１ｃに位置する第１の開口３３を介して供給され、これによって、第２の部分３１ｄにより囲まれる第１のエリア３１ａ上を流れる原料ガスの濃度の勾配を調整できる。或いは、このサセプタ１３ａによれば、第１のエリア３１ａに供給される前に、原料ガスＧＭの一部は第２の部分３１ｄに位置する第１の開口３３を介して排気されて、これによって、第２の部分３１ｄの第１のエリア３１ａ上を流れる原料ガスＧＭの濃度の勾配を調整できる。また、サセプタ１３ａでは、第１の開口３３は、上記第１の軸の方向に交差する方向に伸びており、第１のエリア３１ａの配列を囲む凸閉曲線の一部分に沿って位置している。
【００５２】
図８（Ｂ）に示されるように、サセプタ１３ｂは、第２のエリア３１ｂの設けられた複数の開口３３ａ、３３ｂ、３３ｃを備えることができる。これらの複数の開口は、開口３３ａのように、対応する第２の開口３７ａに孔３９ａを介して接続されていてもよく、また開口３３ｂ、３３ｃのように、共有する第２の開口３７ｂに孔３９ｂを介して接続されていてもよい。複数の開口３３ａ〜３３ｃを用いて、ウエハ上を流れる原料ガスの濃度の勾配を細かく調整できる。また、サセプタ１３ｂは、二次元状に配列された開口３３ａ〜３３ｄを備えることができる。これらの開口３３ａ〜３３ｄの配置により、ウエハ上を流れる原料ガスの濃度の勾配をより細かく調整することが可能になる。
【００５３】
（第３の実施の形態）
図９は、第３の実施の形態に係る有機金属気相成長装置の変形例を示す図面である。有機金属気相成長装置１１ｆでは、サセプタ９５と、サセプタ９５を収容する反応管９７と、原料ガスソース１７と、希釈ガスソース１９と、排気ポンプユニット２１とを備える。
【００５４】
サセプタ９５の主面９５ａは、既に説明されたサセプタと同様に第１のエリア９９ａおよび第２のエリア９９ｂとを有する。第１の開口３３ａおよび第３の開口３３ｂは、第２のエリア９９ｂに位置している。第２の開口３７ａは主面９５ａと異なる当該サセプタの別の表面に位置している。また、第４の開口３７ｂは主面９５ａと異なる当該サセプタの別の表面に位置している。第１の孔３９ａは、第１の開口３３ａを第２の開口３７ａに接続して該第１および第２の開口３３ａ、３７ａを介するガスの排気を可能する。第２の孔３９ｂは、第３の開口３３ｂを第４の開口３７ｂに接続して該第３および第４の開口３３ｂ、３７ｂを介するガスの供給を可能する。排気ポンプユニット２１は、反応管９７の排気を行うと共にサセプタ９５の第２の開口３７ａを介して排気を行う。希釈ガスソース１９は、サセプタ９５の第４の開口３７ｂに接続され、希釈ガスＧＤは第３の開口３３ｂから供給される。
【００５５】
この有機金属気相成長装置１１ｆによれば、第４の開口３７ｂ、孔３９ｂおよび第３の開口３３ｂを介して希釈ガスＧＤを供給して、第１のエリア９９ａ上を流れる原料ガスＧＭの濃度の勾配を調整できる。これに加えて、第１のエリア９９ａ上に供給される原料ガスＧＭの一部を第１の開口３３ａ、孔３９ａおよび第２の開口３７ａを介して排気して、ウエハＷ上を流れる原料ガスの濃度の勾配を調整できる。これ故に、堆積された膜では、原料ガスの濃度の勾配に起因する特性分布が小さい。
【００５６】
また、サセプタ９５は、原料ガス流の上流から下流に向かう第１の軸に沿って配列された第１の領域９９ｃ、第２の領域９９ｄおよび第３の領域９９ｅを含む。第１のエリア９９ａは第３の領域９９ｅ内にある。第３の開口３３ｂが第１の領域９９ｃに位置すると共に、第１の開口３３ａが第２の領域９９ｄに位置すれば、原料ガスＧＭの流れとサセプタ９５の主面９５ａとの間には希釈ガスＧＤの流れを設けることができる。これにより、原料ガスＧＭがサセプタ９５の表面の汚れに影響されることを低減できる。また、サセプタ９５の表面の汚れに起因して生じる膜の組成の変化が低減される。さらに、サセプタ９５の表面の汚れを希釈ガス流により除去できる。
【００５７】
（第４の実施の形態）
図１０は、第４の実施の形態に係る有機金属気相成長装置を示す図面である。有機金属気相成長装置１１ｇは縦型装置であり、サセプタ８３と、反応管８５と、ガスソース１７と、希釈ガスソース１９と、排気ポンプユニット２１とを備える。反応管８５は、サセプタ８３を収容する。排気ポンプユニット９１は反応管８５に接続されている。希釈ガスソース１９は、サセプタ８３の開口９１に接続されている。原料ガスＧＭの供給口７９は、サセプタ８３の中央部分に対向するように設けられている。原料ガスＧＭは供給口７９を介して反応管８５内に導入され、サセプタ８３の中央部分から周辺部分に向けてほぼ対称に拡散する。
【００５８】
図１１（Ａ）はサセプタを示す図面であり、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のIII−III線に沿って取られたサセプタの断面を示す図面である。サセプタ８３は主面８１を有しており、この主面８１は複数の第１のエリア８１ａおよび第２のエリア８１ｂとを有する。また、サセプタ８３は、第２のエリア８１ｂに設けられた第１の開口８７と、主面８１と異なる当該サセプタ表面８９に設けられた第２の開口９１と、第１の開口８７を第２の開口９１に接続する孔９３とを備える。希釈ガスソース１９は、ライン５５ａを介してサセプタ８３の第２の開口９１に接続されているので、サセプタ１３上を流れる原料ガスＧＭに孔９３および第１の開口８７を介して希釈ガスＧＤを加えることができる。このサセプタ８３によれば、第２の開口９１、孔９３および第１の開口８７を介して希釈ガスＧＤを供給して、第１のエリア８１ａ上を流れる原料ガスＧＭの濃度の勾配を調整できる。
【００５９】
図１１（Ａ）を参照すると、サセプタで８３は、第１のエリア８１ａは３つ以上であり、第１のエリア８１ａは凸閉曲線ＣＩＲＣ１に沿って配置されている。第１の開口８７は、この曲線ＣＩＲＣ１の内側に位置している。また、第１の開口８７は、凸閉曲線ＣＩＲＣ２に沿って設けられている。既に行われた説明から理解されるように、単一の開口８７に替えて、凸閉曲線ＣＩＲＣ２の沿って複数の開口を配列することができる。
【００６０】
希釈ガスＧＤは、原料ガス流の上流側に位置する第１の開口８７からを介して供給され、これによって、下流側に位置する第１のエリア８１ａ上を流れる原料ガスＧＭの濃度の勾配を調整できる。なお、好適な例では、曲線ＣＩＲＣ１、ＣＩＲＣ２は共に円である。
【００６１】
既に行われた説明から理解されるように、希釈ガスソースに替えて第２の開口９１を排気ポンプユニット２１に接続することもできる。サセプタ８３を用いて、第１のエリア８１ａに供給される前に原料ガスＧＭの一部を第１の開口８７を介して排気することによって、第１のエリア８１ａ上を流れる原料ガスＧＭの濃度の勾配を調整できる。
【００６２】
また、サセプタで８３は、第３の実施の形態と同様に、開口８７に加えて別の開口を備えることが好ましい。一例では、開口８７は、別の開口よりサセプタ８３の内側に位置している。このサセプタでは、開口８７を希釈ガスの供給に用いると共に、別の開口を原料ガスの排気に用いることができる。
【００６３】
さらに、サセプタ９３は、サセプタ９５と同様に、原料ガス流の上流から下流に向かう第１の軸に沿って配列された第１〜第３の領域を含むことができ、第１のエリアは第３の領域に囲まれており、希釈ガスを供給する開口３３ｂが第１の領域に位置すると共に、排気用の開口が第２の領域に位置することができる。
【００６４】
（第５の実施の形態）
III−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法を説明する。この方法は、例示として既に説明されたサセプタおよび有機金属気相成長装置を用いて実行することができる。原料ガスとしては、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、トリメチルアルミニウム等を用いることができる。また、希釈ガスとしては、希ガス、水素ガス、窒素ガス等を用いることができる。
【００６５】
図１２（Ａ）は、既に説明された実施の形態のサセプタを用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法を説明するフローチャートである。この方法１００ａでは、工程Ｓ１０１において、サセプタ上にウエハを配置する。工程Ｓ１０２においては、サセプタの第１の開口を介して希釈ガスを成膜中に供給しながら、サセプタ上に配置されたウエハ上に一または複数のIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する。工程Ｓ１０３では、ＭＯＣＶＤ装置からウエハを取り出す。この方法によれば、第２の開口、孔および第１の開口を介して希釈ガスを供給して、第１のエリア上を流れる原料ガスの濃度の勾配を成膜中に調整できる。
【００６６】
図１２（Ｂ）は、既に説明された実施の形態のサセプタを用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法を説明するフローチャートである。この方法１００ｂでは、工程Ｓ１０１の後に、工程Ｓ１０４において、サセプタの第１の開口を介して原料ガスの一部を成膜中に排気しながら、サセプタ上に配置されたウエハ上に一または複数のIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する。工程Ｓ１０４の後に、工程Ｓ１０３を行う。ウエハ上に供給される原料ガスの一部を第２の開口、孔および第１の開口を介して排気して、成膜中にウエハ上を流れる原料ガスの濃度の勾配を成膜中に調整できる。
【００６７】
図１２（Ｃ）は、既に説明された実施の形態のサセプタを用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法を説明するフローチャートである。この方法１００ｃでは、工程Ｓ１０１の後に、工程Ｓ１０５において、サセプタの第３の開口を介して希釈ガスを成膜中に供給すると共に、成膜ガスの一部をサセプタの第１の開口を介して成膜中に排気しながら、サセプタ上に配置されたウエハ上にIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する。工程Ｓ１０５の後に、工程Ｓ１０３を行う。この方法によれば、原料ガスの一部をサセプタから排気することおよび希釈ガスをサセプタから供給することにより、成膜中にウエハ上を流れる原料ガスの濃度の勾配を成膜中に調整できる。
【００６８】
以上説明したいくつかの方法によれば、成膜中にウエハ上を流れる原料ガスの濃度の勾配を小さくできる。したがって、堆積された膜の特性分布が小さい。
【００６９】
減圧ＭＯＶＰＥの結晶成長の条件の一例を示せば、ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ系半導体レーザのためのエピタキシャル膜を成長する条件は、以下の通りである。
有機金属化合物ガス：TMIn（トリメチルインジウム、In（CH3）3）、TMGa（トリメチルガリウム、Ga（CH3）3）、DEZn（ジエチル亜鉛）
水素化合物ガス：AsH3（アルシン）、PH3（ホスフィン）、SiH4（モノシラン）
キャリアガス：水素
ガス流量：ガス種それぞれにつき数１０から数１００ｓｃｃｍ
圧力：８０００Ｐａ（８０ｍｂａｒ）
成長温度：摂氏５７０度〜６７０度
である。なお、この条件は、装置毎に異なり、また結晶成長の工程毎に異なる。例えば、活性層の成長は埋め込み層の成長と異なる。
【００７０】
図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）、図１３（Ｄ）、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）および図１４（Ｃ）は、半導体発光素子を作製する工程を示す図面である。
【００７１】
図１３（Ａ）に示されるように、ｎ型ＩｎＰ基板といった基板１１１上に、第１のｎ型ＩｎＰ半導体膜１１３および第２のｎ型ＩｎＰ半導体膜１１５をエピタキシャル成長する。これの半導体膜は、既に説明されたサセプタ、有機金属気相成長装置、およびIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法を用いて作製されることができる。
【００７２】
図１３（Ｂ）に示されるように、回折格子のための周期的な凹凸が形成された第２のＩｎＰ半導体膜１１５ａを形成する。次いで、図１３（Ｃ）に示されるように、該凹凸を埋め込むための半導体膜１１９をエピタキシャル成長する。この半導体膜１１９は、ＩｎＰ半導体と異なる半導体から成り、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ半導体から成ることができる。次いで、半導体膜１１９上に活性領域１２１をエピタキシャル成長する。活性領域１２１は単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有する。活性領域１２１上に第１のｐ型ＩｎＰ半導体膜１２３をエピタキシャル成長する。これの半導体膜は、既に説明されたサセプタ、有機金属気相成長装置、およびIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法を用いて作製されることができる。
【００７３】
この後に、絶縁物から成るマスク１２５を半導体膜１２３上に形成する。マスク１２５は、例えばシリコン窒化膜を用いることができる。図１３（Ｄ）に示されるように、マスク１２５を用いて、第１のｐ型ＩｎＰ半導体膜１２３、活性領域１２１、半導体膜１１９、第２のＩｎＰ半導体膜１１５ａおよび第１のＩｎＰ半導体膜１１３をエッチングする。このエッチングを行うことにより、メサストライプ１２３が形成される。メサストライプ１２７は、基板１１１ａ上に設けられた第１のＩｎＰ半導体膜１１３ａ、第２のＩｎＰ半導体膜１１５ｂ、半導体膜１１９ａ、活性領域１２１ａおよび第１のｐ型ＩｎＰ半導体膜１２３ａを含む。
【００７４】
図１４（Ａ）に示されるように、マスク１２５を用いて半導体領域１２９を成長してメサストライプ１２７を埋め込む。この埋め込み半導体領域１２９は、例えば、Ｆｅが添加されたＩｎＰ半導体から成ることができ、或いは、基板１１１ａ上に順に形成されたｐ型ＩｎＰ膜およびｎ型ＩｎＰ膜から成ることができる。この半導体領域は、既に説明されたサセプタ、有機金属気相成長装置、およびIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法を用いて作製されることができる。
【００７５】
図１４（Ｂ）に示されるように、埋め込み半導体領域１２９およびメサストライプ１２７上に第２のｐ型ＩｎＰ半導体膜１３１をエピタキシャル成長する。次いで、第２のｐ型ＩｎＰ半導体膜１３１上にコンタクト領域１３３をエピタキシャル成長する。コンタクト領域１３３は、例えばＩｎＧａＡｓ半導体から成ることができる。これらの半導体膜は、既に説明されたサセプタ、有機金属気相成長装置、およびIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法を用いて作製されることができる。
【００７６】
図１４（Ｃ）に示されるように、コンタクト領域１３３に到達する孔を有する保護膜１３５をコンタクト領域１３３上に形成する。コンタクト領域１３３上にはアノード電極１３７を形成すると共に、基板１１１ａの裏面にはカソード電極１３９を形成する。
【００７７】
これらの工程に後に完成した半導体レーザのためのウエハの一例では、直径２インチのウエハを用いた場合、エピタキシャル成長膜の特性の面内均一性が向上した。
【００７８】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。例えば、説明された実施の形態では、サセプタは複数の第１のエリアを有しているが、サセプタは単一の第１のエリアを有することができる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係る有機金属気相成長装置を示す図面である。
【図２】図２（Ａ）はサセプタを示す図面であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のI−I断面線に沿って取られたサセプタを示す図面である。
【図３】図３（Ａ）は、本実施の形態に係るサセプタを用いる有機金属気相成長装置における原料ガスおよび希釈ガスの濃度分布を示す図面である。図３（Ｂ）は、サセプタの第１の開口から希釈ガスを供給しない成膜装置における原料ガスの濃度プロファイルを示している。図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）に示された成膜装置において中心軸Ａｘの回りのウエハの回転により平均化した濃度プロファイルを示す。
【図４】図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、それぞれ、第１の実施の形態の有機金属気相成長装置の変形例を示す図面である。
【図５】図５は、第２の実施の形態に係る有機金属気相成長装置を示す図面である。
【図６】図６（Ａ）はサセプタを示す図面であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のII−II断面線に沿って取られたサセプタを示す図面である。
【図７】図７は、第２の実施の形態に係る有機金属気相成長装置の変形例を示す図面である。
【図８】図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、それぞれ、第１および第２の実施の形態のためのサセプタの変形例を示す図面である。
【図９】図９は、第３の実施の形態に係る有機金属気相成長装置の変形例を示す図面である。
【図１０】図１０は、第４の実施の形態に係る有機金属気相成長装置の変形例を示す図面である。
【図１１】図１１（Ａ）はサセプタを示す図面であり、図１１（Ｂ）は図１０（Ａ）のIII−III線に沿って取られたサセプタの断面を示す図面である。
【図１２】図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）および図１２（Ｃ）は、既に説明された実施の形態のサセプタを用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法を説明するフローチャートである。
【図１３】図１３（Ａ）は第１の結晶成長を行う工程を示す図面であり、図１３（Ｂ）は回折格子を作製する工程を示す図面であり、図１３（Ｃ）は第２の結晶成長を行う工程を示す図面であり、図１３（Ｄ）は、メサストライプを作製するエッチング工程を示す図面である。
【図１４】図１４（Ａ）は埋め込み層を成長するための第３の結晶成長を行う工程を示す図面であり、図１４（Ｂ）は第４の結晶成長を行う工程を示す図面であり、図１４（Ｃ）は半導体発光素子のための電極を作製する工程を示す図面である。
【符号の説明】
【００８０】
１１ａ〜１１ｇ…有機金属気相成長装置、１３…サセプタ、１５…反応管、１５ｂ…反応領域、１７…原料ガスソース、１９…希釈ガスソース、２１…排気ポンプユニット、３１ａ…第１のエリア、３１ｂ…第２のエリア、３３…第１の開口、３３ａ〜３３ｄ…開口、３７…第２の開口、３７ａ、３７ｂ…開口、３９…孔、４１…加熱装置、４３ａ、４３ｂ…供給ライン、４５ａ、４５ｂ…マスフローコントローラ、４７…回転機構、５９…ヒータ、６１…温度モニタ、６３…制御装置、６７…ライン、６９、７３…バルブ、７１…ライン、７５…差圧計、７９…供給口、８１ａ…第１のエリア、８１ｂ…第２のエリア、８３…サセプタ、８５…反応管、８７…第１の開口、９１…第２の開口、９３…孔、９５…サセプタ、９７…反応管、９９ａ…第１のエリア、９９ｂ…第２のエリア、９９ｃ…第１の領域、９９ｄ…第２の領域、９９ｅ…第３の領域、ＣＩＲＣ１…凸閉曲線、ＣＩＲＣ２…凸閉曲線、ＧＭ…原料ガス、ＧＤ…希釈ガス、Ｗ…ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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